Kuumasinkittyjen teräsrakenteiden käyttöikä

Transkriptio

1 Kuumasinkittyjen teräsrakenteiden käyttöikä Teräs on aikamme käytetyin materiaali ja 100 % kierrätettävä. Teräs kuitenkin syöpyy hapen ja kosteuden vaikutuksesta, jonka takia se on suojattava ruostumista vastaan. Sen takia teräsrakenteiden suojaamisella on suuri taloudellinen merkitys. Useimmissa tapauksissa paras korroosiosuoja saadaan aikaan kuumasinkityksen avulla. Sinkki suojaa terästä kahdella tavalla: Sulkuvaikutuksella eli estämällä hapen ja kosteuden pääsyn teräspinnalle Katodisella suojausvaikutuksella naarmuissa, iskujäljissä, leikkausreunoissa yms. Sinkki on epäjalo metalli, jolla on suuri korroosiotaipumus. Korroosionopeus pysyy kuitenkin matalana useimmissa ympäristöissä, mikä johtuu sinkin pintaan nopeasti muodostuvista korroosiotuotteista, jotka puolestaan tarjoavat suojan korroosion etenemistä vastaan. 1.Sinkkipinnoitteiden korroosio ilmassa Heti kun kuumasinkitty kappale nostetaan sinkkikylvystä alkaa ilman happi reagoimaan sinkkipinnoitteen kanssa muodostaen ohuen sinkkioksidikalvon (ZnO) pinnoitteen pintaan. Kuivassa ilmassa tämän kalvon paksuus on 100 tunnin jälkeen noin 0,1 nm, sinkkioksidikalvon havaitsee paljaalla silmällä vasta kun kalvon paksuus on 20 nm. Ulkoilmassa sinkkioksidi muuttuu ilman kosteuden vaikutuksesta sinkkihydroksidiksi Zn(OH)₂. Tämä muuttuu edelleen ilman hiilidioksidin vaikutuksesta emäksiseksi sinkkikarbonaatiksi, 2ZnCO₃ 3Zn(OH)₂. Muodostunut kerros on tiivis ja hyvin kiinnittynyt sekä lähes liukenematon veteen antaen sinkkipinnoitteelle hyvän suojan. Eri ilmastorasitusluokissa (kts. alla olevat taulukot) ilmassa on vaihtelevia määriä syövyttäviä aineita, kuten kaasuja, nokea, kosteutta (sumua, kastetta, vesi- ja lumisadetta) sekä erilaisia pölyjä. Teollisuusalueiden ja kaupunkien ilmassa esiintyy epäpuhtauksina rikkiyhdisteitä, jotka ilman kosteuden kanssa muuttavat muutoin tiiviit ja korroosiota kestävät sinkkikarbonaatti- ja sinkkioksidikerrokset sinkkisulfaatiksi ja -sulfiitiksi. Nämä sinkkiyhdisteet ovat vesiliukoisia ja pysyvät huonosti kiinni sinkin pinnassa. Tosin on mainittava, että viime vuosikymmenten aikana ilman rikkidioksidipitoisuus on pienentynyt huomattavasti ja sitä kautta myös sinkin syöpymisnopeudet ovat pienentyneet. Meri-ilmastossa sinkin syöpymisnopeuteen vaikuttaa ilman suolapitoisuus. Koska meri-ilmastossa esiintyy myös pieniä määriä magnesiumsuoloja, joilla on passivoiva vaikutus, sinkin korroosionopeus ei ole niin suuri kuin voisi ajatella.

2 Alla suuntaa antavia sinkkipinnoitteen kestoaikoja erilaisissa ilmasto-olosuhteissa Suomessa. Lähde: Kuumasinkityksen toimintaketju, yleisohje 2. Eri sinkitysmenetelmillä sinkittyjen terästen kestävyys Kappaletavarakuumasinkityissä tuotteissa pinnoitepaksuus ilmoitetaan suoraan teräksen pinnalla olevana sinkkikerrospaksuutena. Esim. 85 µm tarkoittaa, että sinkkiä on teräksen pinnalla 85 µm. Kuumasinkityissä ohutlevyissä taas ilmoitetaan kerrospaksuus levyn molemmilla puolilla yhteensä. Esim. Z275 (275 g/m2) tarkoittaa, että levyn toisella puolella on 20 µm ja vastakkaisella puolella 20 µm. Kappaletavarakuumasinkitys suoritetaan standardin SFS EN 1461 mukaan ja edellytyksin. Kuumasinkityt ohutlevyt kuumasinkitään standardin SFS EN mukaan.

3 Eri menetelmillä aikaansaatujen sinkkipinnoitteiden kestoiät standardin ISO 9223 mukaan. Lähde: Taulukko suomennettu standardista ISO Ympäristöluokat, korroosioriski ja korroosionopeus Koodi Rasitusluokka Korroosioriski Korroosionopeus sinkkihäviö a, b, c µm/vuosi C1 Sisätilat: kuivat Hyvin alhainen 0,1 C2 Sisätilat: ajoittaista kondenssia Ulkoilmasto: sisämaan maaseutu Alhainen 0,1... 0,7 C3 Sisätilat, suuri kosteus, jonkin verran saasteita Ulkoilmasto: sisämaan kaupunki tai lievärannikkoilmasto Keskimääräinen 0,7... 2

4 C4 Sisätilat: uima-altaat, kem.tehtaat Ulkotilat: sisämaan teollisuus tai kaupunki rannikolla Korkea C5 Ulkoilmasto: hyvin kostea teollisuus tai suolainen rannikko Hyvin korkea CX Ilmastoimattomat tilat kosteilla trooppisilla vyöhykkeillä yhdessä saasteiden kanssa Äärimmäinen d a Painohäviöpaksuudet ovat standardissa ISO 9223 annettuja vastaavia, paitsi 2 μm (vuodessa) tai suuremmilla on pyöristys tapahtunut kokonaisiksi numeroiksi. b Sinkin korroosionopeudet, joita sovelletaan taulukossa, annetaan kunkin osan otsikossa. Ensiolettamuksena pidetään kaikkien sinkkimetallipintojen korroosiota samana kyseisessä ympäristössä. Rauta ja teräs syöpyvät kertaa sinkkiä nopeammin, suurimpien syöpymisnopeuksien ollessa yleensä kloridiympäristöissä. Alumiinipinnoitteilla ei ole suoraviivaista korroosiota ajan mukaan. Suhdeluvut ovat levymäisillä näytteillä saatuja standardin ISO 9223 mukaisesti. c Muutoksia tapahtuu ilmastollisissa olosuhteissa ajan kuluessa. Ilmansaasteiden suhteellista vähenemistä, erityisesti rikkidioksidin osalta, on tapahtunut maailmanlaajuisesti viimeisten 30 vuoden aikana. Tämä tarkoittaa, että tässä esitetyt syöpymisnopeudet (taulukko perustuu vuosien tietoihin) kuitenkin ilmastoluokalle ovat paljon pienempiä kuin historialliset arvot; jopa alhaisempia arvoja voidaan odottaa tulevaisuudessa, jos saastuminen jatkaa vähenemistä. d Lauhkean vyöhykkeen merivesi on vähemmän sinkkiä syövyttävää kuin trooppinen merivesi, joka yleensä on lämpimämpää. Tämä taulukko on suunniteltu käytettäväksi Euroopan lauhkeisiin merivesiin. Asiantuntijaneuvoa tulisi kysyä trooppisista olosuhteista. Lähde: Kuumasinkityskäsikirja Lisätietoja ilmastorasitusluokista standardista EN ja EN ISO Lisäksi on huomioitava, että kuumasinkityspinnoitteen elinkaarianalyysin perusteella energiankulutuksen, hiilidioksidipäästöjen, ilmastonmuutosvaikutuksen ja happamoittavuusvaikutuksen kannalta kuumasinkitys korroosiosuojana tukee kestävää kehitystä. 4.Sinkin kemiallinen kestävyys/korroosio nesteissä Sinkin suoja korroosiota vastaan perustuu pinnoitteen pinnalle muodostuviin sinkin omiin korroosiotuotteisiin. Nesteet saattavat kuitenkin olla joko happamia tai emäksisiä ja sisältää erilaisia syövyttäviä aineita. Lisäksi nesteiden virtausnopeudella ja lämpötilalla on suuri merkitys. Pinnoitteen pinnassa oleva korroosiotuotteista muodostunut kerros voi edellä olevan takia liueta tai sitä ei pääse muodostumaan lainkaan. Sähkökemiallinen korroosio jolla ilmasto-olosuhteissa ei ole kovinkaan suurta merkitystä on sen sijaan nesteissä ratkaiseva. Erittäin ratkaiseva on nesteen ph arvo. Sinkki on stabiili ph-välillä 6-12,5. Näiden arvojen ulkopuolella korroosio on nopeaa. Kovat vedet, jotka sisältävät kalkkia ja magnesiumia syövyttävät sinkkiä hitaasti kun sen sijaan pehmeät vedet syövyttävät sinkkiä nopeasti, koska niissä ei ole suoloja. Veden virtausnopeuden ollessa yli 0,5 m/s suojakerroksen muodostuminen sinkin pinnalle estyy ja korroosio etenee nopeasti. Veden lämpötilalla on suuri merkitys sinkin syöpymiseen jos veden lämpötila on 55 C -100 C tulevat sinkin pinnalle muodostuneet korroosiotuotteet karkearakeisiksi ja niiden kiinnittyvyys sinkin pintaan heikkenee ja korroosio jatkuu nopeasti.

5 5. Sinkin korroosio eri maalajeissa Maa voi sisältää rapautumistuotteita, vapaita tai sidottuja suoloja, happoja ja emäksiä, monenlaisia orgaanisia aineksia, vetyä, metaania, hapettavia tai pelkistäviä sieniä ja mikro-organismeja ym. Maan rakenne vaikuttaa siihen miten maa läpäisee ilmaa ja kosteutta. Erityisen syövyttävää on pääasiassa Pohjanmaan rannikolla esiintyvä sulfidisavi. Korroosio-olosuhteet maaperässä vaihtelevat hyvin paljon jopa toisiaan lähellä olevissa paikoissa. Suomen maaperä ei ole kovin syövyttävää, sinkin keskimääräinen syöpyminen on keskimäärin 5 µm vuodessa. Eräs menetelmä maan syövyttävyyden määrittämiseen on sen sähkövastuksen mittaaminen Alla olevassa taulukossa on maaperän syövyttävyys eri vastusarvoilla sekä ehdotukset sopivista suojausmenetelmistä Lähde: Kuumasinkityskäsikirja Jos maan syövyttävyyttä ei voida määrittää, voidaan alla olevaa taulukkoa käyttää eri maalajien syövyttävyyden likimääräiseen arviointiin. Lähde: Kuumasinkityskäsikirja

6 Aurajoki Oy Juhani Ylitalo Lähteet: Kuumasinkityskäsikirja, kuumasinkityksen toimintaketju yleisohje, standardi ISO 9223